DE102020116472A1 - Qualitätsabschätzvorrichtung für ein additives Produkt - Google Patents

Abstract

Eine Qualitätsabschätzvorrichtung für ein additives Produkt umfasst eine Abbildungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Gebiet einschließlich einer Formoberfläche während einer Herstellung des additiven Produkts zu beleuchten und das Gebiet abzubilden, wenn das additive Produkt an einer Formposition durch Bestrahlung mit einem Lichtstrahl und Aufschmelzen und Verfestigen eines Materialpulvers hergestellt wird, eine Leuchtdichtebeschaffungseinheit, die eine Leuchtdichte beschafft, die durch Quantifizieren einer Helligkeit eines durch zumindest die Formoberfläche des Gebiets reflektierten Lichts in einem Bild beschafft ist, in dem die Abbildungsvorrichtung das Gebiet abbildet, und eine Formdichteabschätzeinheit, die eine Formdichte abschätzt, die eine Dichte des Materialpulvers in einem verfestigten Zustand nach einem Aufschmelzen auf der Grundlage der durch die Leuchtdichtebeschaffungseinheit beschafften Leuchtdichte der Formoberfläche abschätzt. Das Materialpulver wird an die Formposition zugeführt.

Description

• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Qualitätsabschätzvorrichtung für ein additives Produkt.
• Stand der Technik
• Im Stand der Technik gibt bei einer additiven Herstellung ein Pulverbettverschmelzungssystem, ein System einer gerichteten Energiedeposition (Energieabscheidung) und dergleichen. Das Pulverbettverschmelzungssystem führt eine additive Herstellung durch eine Bestrahlung eines flach ausgebreiteten Pulvers mit einem Lichtstrahl (einem Laserstrahl, einem Elektronenstrahl oder dergleichen) durch. Das Pulverbettverschmelzungssystem umfasst ein selektives Laserschmelzen (SLM), ein Elektronenstrahlschmelzen (EBM) und dergleichen. Das System zur gerichteten Energiedeposition führt eine additive Herstellung durch Steuerung einer Ausstrahlung eines Lichtstrahls und einer Position eines Kopfs durch, der ein Pulvermaterial ausstößt. Das System zur gerichteten Energiedeposition umfasst eine Laser-Metallabscheidung (LMD), ein direktes Metalldrucken (DMP) und dergleichen.
• Hinsichtlich der additiven Herstellung ist im Stand der Technik beispielsweise ein additives Herstellungssystem mit einer Abbildungsvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems (nachstehend als „herkömmliches additives Herstellungssystem und dergleichen“ bezeichnet) bekannt, die in dem japanischen Patent Nr. 6 374 934 offenbart sind. Das herkömmliche additive Herstellungssystem und dergleichen umfasst eine hinsichtlich einer Oberfläche angeordnete Kamera, die dazu eingerichtet ist, ein Bild von zumindest einem Abschnitt eines Schmelzpfads zu erzeugen, und eine Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung des Bildes.
• Bei einem herkömmlichen additiven Herstellungssystem werden eine Vielzahl von Bildern zu regelmäßigen Zeitabständen kumulativ beschafft, und die Verarbeitungseinrichtung erfasst eine Lichtintensität in der Vielzahl von Bildern. Dementsprechend kann bei dem herkömmlichen additiven Herstellungssystem und dergleichen ein Defekt in einem Schmelzbad auf der Grundlage der Intensität des durch das Schmelzbad an seiner Oberfläche ausgesandten Lichts erfasst werden.
• Patentliteratur JP 6 374 934 B2
• Hinsichtlich eines additiv hergestellten additiven Produkts ist dessen Festigkeit verringert, falls innerhalb des additiven Produkts ein interner Defekt wie etwa eine Leerstelle existiert. Aus dem Blickwinkel einer Aufrechterhaltung einer Qualität ist es daher notwendig, beispielsweise eine zerstörende Prüfung oder eine zerstörungsfreie Prüfung durch ein Röntgen-CT-Abtasten durchzuführen, um festzustellen, ob ein interner Defekt in dem additiven Produkt vorliegt. In dem Fall, dass die zerstörende Prüfung durchgeführt wird, ist es jedoch nicht möglich, ein im Zuge der Prüfung zerstörtes additives Produkt auszuliefern, obwohl die Herstellung eine lange Zeit dauerte. In dem Fall, dass die zerstörungsfreie Prüfung durchgeführt wird, ist in einem gegenwärtigen Zustand ein mögliches Transmissionsprüfungsgebiet klein, und es ist notwendig, als ein Ergebnis der zerstörungsfreien Prüfung des additiven Produkts ein Ergebnis der zerstörungsfreien Prüfung auf einem Teststück zu berücksichtigen, das zu derselben Zeit wie das additive Produkt hergestellt ist.
• ERFINDUNGSZUSAMMENFASSUNG
• Eines oder mehrere Ausführungsbeispiele stellen eine Qualitätsabschätzvorrichtung für ein additives Produkt bereit, das dazu in der Lage ist, einen internen Defekt eines additiven Produkts in einer zerstörungsfreien Weise zu erfassen.
• In einer Ausgestaltung (1) umfasst eine Qualitätsabschätzvorrichtung für ein additives Produkt eine Abbildungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Gebiet einschließlich einer Formoberfläche während einer Herstellung des additiven Produkts zu beleuchten und das Gebiet abzubilden, wenn das additive Produkt an einer Formposition durch Bestrahlung mit einem Lichtstrahl und Aufschmelzen und Verfestigen eines Materialpulvers hergestellt wird, eine Leuchtdichtebeschaffungseinheit, die eine Leuchtdichte beschafft, die durch Quantifizieren einer Helligkeit eines durch zumindest die Formoberfläche des Gebiets reflektierten Lichts in einem Bild beschafft ist, in dem die Abbildungsvorrichtung das Gebiet abbildet, und eine Formdichteabschätzeinheit, die eine Formdichte abschätzt, die eine Dichte des Materialpulvers in einem verfestigten Zustand nach einem Aufschmelzen auf der Grundlage der durch die Leuchtdichtebeschaffungseinheit beschafften Leuchtdichte der Formoberfläche anzeigt. Das Materialpulver wird an die Formposition zugeführt.
• Gemäß der Ausgestaltung (1) kann während einer Herstellung eines additiven Produkts eine Formdichte auf der Grundlage einer durch eine Formoberfläche reflektierten Leuchtdichte abgeschätzt werden. Ein Vorhandensein oder eine Abwesenheit eines internen Defekts des additiven Produkts kann auf der Grundlage der Formdichte bestimmt werden, die während der Herstellung abgeschätzt wird. Daher kann der interne Defekt des additiv hergestellten additiven Produkts leicht durch eine zerstörungsfreie Prüfung erfasst werden.
• Figurenliste
• 1 zeigt eine Darstellung, die eine additive Herstellungsvorrichtung veranschaulicht.
• 2 zeigt eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Lichtstrahl-Bestrahlungseinheit gemäß 1 veranschaulicht.
• 3 zeigt eine Blockdarstellung, die eine Konfiguration einer Steuervorrichtung der additiven Herstellungsvorrichtung gemäß 1 veranschaulicht.
• 4 zeigt eine Blockdarstellung, die eine Konfiguration einer Steuervorrichtung einer Qualitätsabschätzvorrichtung gemäß 1 veranschaulicht.
• 5 zeigt eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einer Formdichte und einer mechanischen Festigkeit veranschaulicht.
• 6 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines internen Defekts.
• 7 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Einheitsflächenleuchtdichte und einer Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte.
• 8 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte, einer Gesamtschichtendurchschnittsleuchtdichte, Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung und einer Gesamtschichtendurchschnittsstandardabweichung.
• 9 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer Leuchtdichte und einer Formdichte.
• 10 zeigt eine Grafik, die Beziehungen zwischen einer Formdichte, einer Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte und einer Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung für Aluminium veranschaulicht.
• 11 zeigt eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einer Energiedichte und einer Formdichte für SKD61 veranschaulicht.
• 12 zeigt eine Grafik, die Beziehungen zwischen der Formdichte, einer Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte und einer Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung für SKD61 veranschaulicht.
• 13 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Defektbestimmungsprogramm veranschaulicht.
• 14 zeigt eine Darstellung, die eine Korrektur eines internen Defekts gemäß einer Abwandlung veranschaulicht.
• 15 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Zustands, in dem der interne Defekt durch die Korrektur gemäß 14 korrigiert ist.
• BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
• (1. Konfiguration einer additiven Herstellungsvorrichtung 1)
• Eine Konfiguration einer additiven Herstellungsvorrichtung 1 ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Die additive Herstellungsvorrichtung 1 ist beispielsweise ein Pulverbettverschmelzungssystem, und wendet ein SLM-System an. Gemäß 1 ist die additive Herstellungsvorrichtung 1 eine Vorrichtung, die ein additives Produkt W durch wiederholtes Bestrahlen eines Metallpulvers P mit einem Lichtstrahl herstellt, das als ein Pulvermaterial dient, das in einer geschichteten Weise angeordnet (abgeschieden) ist.
• Hierbei umfassen Beispiele des Lichtstrahls einen Laserstrahl und einen Elektronenstrahl, und umfassen zusätzlich verschiedene Strahlen, die dazu in der Lage sind, das Metallpulver P zu schmelzen. Für den Laserstrahl können verschiedene Laser angewendet werden, beispielsweise ein Faserlaser, ein CO₂-Laser (Ferninfrarotlaser) und ein Halbleiterlaser, und der Laser ist entsprechend einem Zielmetallpulver P (beispielsweise Aluminium, Edelstahl, Titan, martensitaushärtender Stahl und legierter Werkzeugstahl) geeignet bestimmt.
• Gemäß 1 umfasst die additive Herstellungsvorrichtung 1 eine Kammer 10, eine Formgegenstands-Unterstützungsvorrichtung 20, eine Pulverzufuhrvorrichtung 30, eine Lichtstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 40, eine Heizvorrichtung 50 und eine Steuervorrichtung 60. Gemäß der nachstehenden Beschreibung umfasst die additive Herstellungsvorrichtung 1 ferner eine Qualitätsabschätzvorrichtung 100 des additiven Produkts W, die eine Abbildungsvorrichtung 110 und eine Steuervorrichtung 120 umfasst.
• Die Kammer 10 ist derart eingerichtet, dass Luft darin mit einem inerten Gas wie etwa Helium (He), Stickstoff (N₂) und Argon (Ar) ersetzbar ist. Die Kammer 10 kann eine Konfiguration aufweisen, bei der anstelle einer Ersetzung mit einem inerten Gas ein Druck in deren Inneren verringert werden kann.
• Die Formgegenstands-Unterstützungsvorrichtung 20 ist innerhalb der Kammer 10 bereitgestellt, und ist mit einem Unterstützungsbauelement für ein Formen (ein additives Herstellen) des additiven Produkts W eingerichtet. Die Formgegenstands-Unterstützungsvorrichtung 20 umfasst einen Formbehälter 21, einen Hubtisch 22 und eine Basis 23. Der Formbehälter 21 weist eine Öffnung an einer oberen Seite und eine innere Wandoberfläche auf, die parallel zu einer Achse in einer Aufwärts-Abwärts-Richtung ist. Der Hubtisch 22 ist derart bereitgestellt, dass er dazu in der Lage ist, sich in der Aufwärts-Abwärts-Richtung entlang der inneren Wandoberfläche innerhalb des Formbehälters 21 aufwärts und abwärts zu bewegen. Die Basis 23 ist an einer oberen Oberfläche des Hubtischs 22 abnehmbar angebracht, und eine obere Oberfläche der Basis 23 dient als ein Teil für ein Formen des additiven Produkts W darauf. Das heißt, das Metallpulver P wird zusammen mit einem Senken des Hubtischs 22 auf einer oberen Oberfläche der Basis 23 in einer geschichteten Weise platziert, und das additive Produkt W kann durch die Basis 23 während einer additiven Herstellung unterstützt sein.
• Die Pulverzufuhrvorrichtung 30 ist innerhalb der Kammer 10 bereitgestellt, und ist zu der Formgegenstands-Unterstützungsvorrichtung 20 benachbart. Die Pulverzufuhrvorrichtung 30 umfasst einen Pulverspeicherbehälter 31, einen Zufuhrtisch 32 und eine Wiederbeschichtungseinrichtung 33. Der Pulverspeicherbehälter 31 weist eine Öffnung an einer oberen Seite auf, und eine Höhe der Öffnung des Pulverspeicherbehälters 31 ist derart eingestellt, dass sie dieselbe wie die Öffnung des Formbehälters 21 ist. Der Pulverspeicherbehälter 31 weist eine innere Wandoberfläche auf, die zu der Achse in der Aufwärts-Abwärts-Richtung parallel ist. Der Zufuhrtisch 32 ist derart bereitgestellt, dass er entlang der inneren Wandoberfläche in der Aufwärts-Abwärts-Richtung innerhalb des Pulverspeicherbehälters 31 beweglich ist. In dem Pulverspeicherbehälter 31 ist das Metallpulver P in einem oberen Gebiet des Zufuhrtischs 32 gespeichert.
• Die Wiederbeschichtungseinrichtung 33 ist derart bereitgestellt, dass sie in der Lage ist, sich über beiden Öffnungen quer über ein gesamtes Gebiet der Öffnung des Formbehälters 21 und eines gesamten Gebiets der Öffnung des Pulverspeicherbehälters 31 hin und her zu bewegen. Falls sie sich beispielsweise gemäß 1 in einer Links-Rechts-Richtung von einer rechten Seite zu einer linken Seite bewegt, d.h. bei einer Bewegung von der Öffnung des Pulverspeicherbehälters 31 in Richtung der Öffnung des Formbehälters 21 transportiert die Wiederbeschichtungseinrichtung 33 das Metallpulver P, das von der Öffnung des Pulverspeicherbehälters 31 zu dem Formbehälter 21 hin aufgehäuft ist.
• Ferner ebnet die Wiederbeschichtungseinrichtung 33 das auf die obere Oberfläche der Basis 23 transportierte Metallpulver P, die mit einer Absenkung des gemäß der nachstehenden Beschreibung abgesenkten Hubtischs 22 abgesenkt wird, und ordnet Metallpulver P einer selben Art in einer geschichteten Weise auf der oberen Oberfläche der Basis 23 an, d.h., beschichtet die obere Oberfläche der Basis 23 wieder mit Metallpulvern P einer selben Art in einer geschichteten Weise. Hierbei bedeutet der Begriff „derselben Art“ („einer selben Art“), dass ein Material der Metallpulver P, die Materialpulver sind, dieselben sind, und dass eine durchschnittliche Partikelgröße oder dergleichen der Metallpulver P sich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet.
• Gemäß 1 ist die Lichtstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 40 außerhalb der Kammer 10 angeordnet, und bestrahlt eine Oberfläche der Metallpulver P einer selben Art, die in einer geschichteten Weise auf der oberen Oberfläche der Basis 23 angeordnet sind, mit einem Lichtstrahl 40a von außerhalb der Kammer 10. Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist der Lichtstrahl 40a ein Laserstrahl, ein Elektronenstrahl oder dergleichen. Die Lichtstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 40 heizt das Metallpulver P durch Bestrahlen des wiederbeschichteten Metallpulvers P mit dem Lichtstrahl 40a auf eine Temperatur, die größer oder gleich dessen Schmelzpunkt ist. Dementsprechend wird das Metallpulver P aufgeschmolzen und nachfolgend verfestigt (oder gesintert), und das aus einer integrierten Schicht ausgebildete additive Produkt W wird geformt (hergestellt). Das heißt, die benachbarten Metallpulver P werden durch eine Verschmelzung integriert.
• Die Lichtstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 40 kann in Übereinstimmung mit einem voreingestellten Programm eine Strahlintensität ändern, während eine Bestrahlungsposition des Lichtstrahls 40a geändert wird. Durch Ändern der Bestrahlungsposition des Lichtstrahls 40a kann das additive Produkt W mit einer dreidimensionalen Form geformt werden. Ferner wird durch Ändern der Strahlintensität des Lichtstrahls 40a eine Eingabeenergie (eine Wärmemenge, die an einen bestrahlten Abschnitt fließt) in dem bestrahlten Abschnitt des wiederbeschichteten Metallpulver P geändert, und ein aufgeschmolzener Zustand des Metallpulvers P kann geändert werden. Hierbei ist ein Bereich, der mit dem Lichtstrahl 40a bestrahlt werden kann, enger als ein durch die Heizvorrichtung 50 geheizter Bereich.
• Gemäß den 1 und 2 umfasst die Lichtstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 40 einen Laseroszillator 41 und einen Laserkopf 42. Die Lichtstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 40 umfasst ferner eine optische Faser 43, die den Lichtstrahl 40a (einen nahinfraroten Laserstrahl), der von dem Laseroszillator 41 oszilliert wird, an den Laserkopf 42 überträgt.
• Der Laseroszillator 41 oszilliert derart, dass eine Wellenlänge eine vorab eingestellte vorbestimmte Infrarotwellenlänge erreicht, und einen Dauerstrich-Nahinfrarotlaser (bzw. „continuous wave“-Nahinfrarotlaserstrahl) als den Lichtstrahl 40a erzeugt. Der Laserkopf 42 ist an einer vorbestimmten Entfernung von der Oberfläche des Metallpulvers P angeordnet, das in einer geschichteten Weise in der Kammer 10 angeordnet ist. Gemäß 2 umfasst der Laserkopf 42 ein optisches System, das aus einer Kollimatorlinse 42a, einem Spiegel 42b, einem Galvano-Scanner 42c und einer fθ-Linse 42d zusammengesetzt ist.
• Dementsprechend wird in dem Laserkopf 42 der Nahinfrarotlaserstrahl (Lichtstrahl 40a), der mittels der optischen Faser 43 einfällt, durch die Kollimatorlinse 42a derart kollimiert und abgelenkt, dass er paralleles Licht ist. Gemäß 2 wird der kollimierte Nahinfrarotlaserstrahl (Lichtstrahl 40a) in einer Laufrichtung durch den Spiegel 42b derart geändert, dass er auf den Galvano-Scanner 42c einfällt.
• In dem Laserkopf 42 ändert der Galvano-Scanner 42c frei die Laufrichtung, d.h. einen Bestrahlungswinkel des Nahinfrarotlaserstrahls (Lichtstrahl 40a). Dementsprechend wird eine vorbestimmte Position auf einer Schichtoberfläche des wiederbeschichteten Metallpulvers P mit dem Nahinfrarotlaserstrahl (Lichtstrahl 40a) bestrahlt, der durch die fθ-Linse 42d konzentriert ist. Das heißt, der Laserkopf 42 kann den Lichtstrahl 40a in der Links-Rechts-Richtung und einer Richtung senkrecht zu der Links-Rechts-Richtung bewegen, mit anderen Worten, in einer horizontalen Richtung einschließlich dieser Richtungen, die parallel zu der Schichtoberfläche des wiederbeschichteten Metallpulvers P ist.
• Die Schichtoberfläche des Metallpulvers P ist eine Oberfläche, die zu der oberen Seite des wiederbeschichteten Metallpulvers hin freigelegt ist, d.h., in einer geschichteten Weise auf der oberen Oberfläche der Basis 23 angeordnet ist. Der Lichtstrahl 40a wird in die Kammer 10 durch ein transparentes Glas oder Harz emittiert, das an einer oberen Seite der Kammer 10 bereitgestellt ist.
• Die Heizvorrichtung 50 ist in dem Hubtisch 22 eingebaut. Die Heizvorrichtung 50 ist ein Heizer zum Heizen des additiven Produkts W mittels der Basis 23, und heizt die gesamte Basis 23 mittels des Hubtischs 22. Als die Heizvorrichtung 50 können verschiedene Heizer wie etwa eine Heizschlange, eine Heizpatrone, eine Düsenheizung und eine Flächenheizung angewendet werden. Ein Heizbereich der Heizvorrichtung 50 ist auf einen Bereich einschließlich eines Teils des Bestrahlungsbereichs des Lichtstrahls 40a eingestellt. Hierbei schmilzt die Heizvorrichtung 50 das Metallpulver P nicht auf, so wie der Lichtstrahl 40a dies tut.
• Die Steuervorrichtung 60 steuert die Formgegenstands-Unterstützungsvorrichtung 20, die Pulverzufuhrvorrichtung 30, die Lichtstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 40 und die Heizvorrichtung 50. Ferner arbeitet die Steuervorrichtung 120 der Qualitätsabschätzvorrichtung 100 mit der Steuervorrichtung 60 zusammen.
• (2. Konfiguration einer Steuervorrichtung 60)
• Die Steuervorrichtung 60 ist ein Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM, einer Schnittstelle und dergleichen als Hauptkomponenten. Gemäß 3 umfasst die Steuervorrichtung 60 eine Datenspeichereinheit 61, eine Hubtischbetriebssteuereinheit 62, eine Pulverzufuhrsteuereinheit 63, eine Lichtstrahl-Bestrahlungssteuereinheit 64 und eine Heizersteuereinheit 65.
• Die Datenspeichereinheit 61 speichert Daten für jede unterteilte Schicht, die durch Unterteilen eines gesamten Raums einschließlich des additiven Produkts W in einer vorbestimmten Dicke erlangt ist, und speichert verschiedene Datenarten einschließlich Formdaten, die eine Form der unterteilten Schicht anzeigen. Hierbei werden die Formdaten von beispielsweise einem in 3 nicht ausführlich gezeigten CAD-Endgerät (sog. „computer aided design terminal“) zugeführt.
• Die Hubtischbetriebssteuereinheit 62 steuert einen Betrieb einer (nicht gezeigten) Antriebseinheit, die den Hubtisch 22 hebt und senkt. Falls die Pulverzufuhrvorrichtung 30 das Metallpulver P zuführt, bewirkt die Hubtischbetriebssteuereinheit 62, dass der Hubtisch 22 sich um eine voreingestellte Absenkmenge absenkt.
• Die Pulverzufuhrsteuereinheit 63 steuert einen Betrieb der Pulverzufuhrvorrichtung 30. Im Einzelnen führt die Pulverzufuhrsteuereinheit 63 eine Steuerung durch, um zu bewirken, dass sich der Zufuhrtisch 32 in der Aufwärts-Abwärts-Richtung bewegt, um das in dem Pulverspeicherbehälter 31 gespeicherte Metallpulver P von der Öffnung des Pulverspeicherbehälters 31 aufzuhäufen, und um zu bewirken, dass sich die Wiederbeschichtungseinrichtung 33 hin und her bewegt.
• Die Lichtstrahl-Bestrahlungssteuereinheit 64 steuert einen Betrieb der Lichtstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 40. Im Einzelnen steuert die Lichtstrahl-Bestrahlungssteuereinheit 64 auf der Grundlage der in der Datenspeichereinheit (Formdatenspeichereinheit) 61 gespeicherten Formdaten die Bestrahlungsposition (Bestrahlungstrajektorie) und eine Strahlintensität des durch die Lichtstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 40 ausgesandten Lichtstrahls 40a.
• Die Heizersteuereinheit 65 steuert einen Betrieb der Heizvorrichtung 50. Einzelheiten der Betriebssteuerung der Heizvorrichtung 50 durch die Heizersteuereinheit 65 betreffen die Erfindung nicht unmittelbar, sodass eine Beschreibung derselben weggelassen ist.
• (3. Konfiguration einer Qualitätsabschätzvorrichtung 100)
• Gemäß 1 ist die Abbildungsvorrichtung 110 an einer der oberen Oberfläche der Basis 23 zugewandten Position in der Kammer 10 der additiven Herstellungsvorrichtung 1 angeordnet. Die Abbildungsvorrichtung 110 bildet ein Gebiet mit einer Formoberfläche während einer Herstellung des additiven Produkts W ab, das heißt zu der Zeit einer Herstellung des additiven Produkts W an einer Formposition durch eine Bestrahlung des Metallpulvers P mit dem Lichtstrahl 40a zum Aufschmelzen des Metallpulvers P und zum Verfestigen des Metallpulvers P.
• Die Abbildungsvorrichtung 110 weist ein Licht auf, und umfasst eine Beleuchtungseinheit 111, die eine gesamte Schichtoberfläche des Metallpulvers P, das ein Gebiet einschließlich der Formoberfläche ist, aus einer vorbestimmten Richtung (beispielsweise, einer Richtung) beleuchtet. Die Abbildungsvorrichtung 110 weist eine Kamera auf, und umfasst eine Abbildungseinheit 112, die die gesamte Schichtoberfläche des Metallpulvers P abbildet, d.h. ein Gebiet mit der durch die Beleuchtungseinheit 111 beleuchteten Formoberfläche.
• Dementsprechend bildet die Abbildungseinheit 112 nach einer Formung durch die Lichtstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 40 die gesamte Schichtoberfläche des Metallpulvers P einschließlich der durch die Beleuchtungseinheit 111 beleuchteten Formoberfläche während einer Herstellung ab.
• Die Steuervorrichtung 120 steuert die Abbildungsvorrichtung 110. Die Steuervorrichtung 120 schätzt und bestimmt ein Vorhandensein oder eine Abwesenheit eines die Qualität des additiven Produkts W betreffenden internen Defekts H des additiven Produkts W auf der Grundlage eines durch die Abbildungsvorrichtung 110 abgebildeten Bildes.
• (4. Konfiguration einer Steuervorrichtung 120)
• Die Steuervorrichtung 120 ist ein Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM, einer Schnittstelle und dergleichen als Hauptkomponenten. Gemäß 4 umfasst die Steuervorrichtung 120 eine Abbildungsvorrichtungs-Betriebssteuereinheit 121, eine Leuchtdichtebeschaffungseinheit 122, eine Leuchtdichtekorrektureinheit 123, eine Formdichteabschätzeinheit 124 und eine Defektbestimmungseinheit 125.
• Die Abbildungsvorrichtungs-Betriebssteuereinheit 121 steuert einen Betrieb der Abbildungsvorrichtung 110. Die Abbildungsvorrichtungs-Betriebssteuereinheit 121 steuert den Betrieb der Abbildungsvorrichtung 110 derart, dass ein Beleuchtungsbetrieb der Beleuchtungseinheit 111 der Abbildungsvorrichtung 110 und ein Abbildungsvorgang der Abbildungseinheit 112 synchronisiert sind. Ferner beschafft die Abbildungsvorrichtungs-Betriebssteuereinheit 121 von der Abbildungsvorrichtung 110 Bilddaten, die durch Abbilden der Schichtoberfläche des Metallpulvers P erlangt sind, die die Formoberfläche des additiven Produkts W umfasst.
• Die Leuchtdichtebeschaffungseinheit 122 beschafft die Bilddaten von der Abbildungsvorrichtungs-Betriebssteuereinheit 121. Ferner führt die Leuchtdichtebeschaffungseinheit 122 eine Bildverarbeitung auf einem durch die beschafften Bilddaten repräsentierten Bild durch, um eine Leuchtdichte zu erlangen, die durch Quantifizieren einer Helligkeit des durch die Formoberfläche reflektierten Lichts erlangt ist. Die Leuchtdichtebeschaffungseinheit 122 gibt die beschaffte Leuchtdichte an die Leuchtdichtekorrektureinheit 123 aus. Hierbei ist die Leuchtdichte das, was durch Quantifizieren der Helligkeit (Intensität) des bei Beleuchtung der Formoberfläche und der Schichtoberfläche durch die Beleuchtungseinheit 111 der Abbildungsvorrichtung 110 reflektierten Lichts mit beispielsweise 256 Abstufungen in dem durch die Bilddaten repräsentierten Bild erlangt ist.
• Die Leuchtdichtekorrektureinheit 123 beschafft von der Leuchtdichtebeschaffungseinheit 122 eine Leuchtdichte eines Gebiets, das die Formoberfläche umfasst. Ferner führt die Leuchtdichtekorrektureinheit 123 gemäß der später nachstehenden Beschreibung eine Bildverarbeitung auf dem durch die Bilddaten repräsentierten Bild durch, um dadurch in Übereinstimmung mit einer Ausdehnungsrichtung die Helligkeit zu korrigieren, die sich abhängig von der mit einer Abtastrichtung des Lichtstrahls 40a übereinstimmenden Ausdehnungsrichtung eines Formabschnitts des additiven Produkts W ändert. Ferner korrigiert die Leuchtdichtekorrektureinheit 123 eine Randleuchtdichte in einem anderen Randgebiet der Schichtoberfläche als der Formoberfläche auf eine vorgestellte Bezugsleuchtdichte, sodass die Formoberfläche klar identifiziert werden kann.
• Die Formdichteabschätzeinheit 124 schätzt eine Formdichte des additiven Produkts W ab. Die Formdichteabschätzeinheit 124 beschafft von der Leuchtdichtekorrektureinheit 123 Bilddaten, in denen die Leuchtdichte durch die Bildverarbeitung korrigiert ist. Ferner misst die Formdichteabschätzeinheit 124 gemäß der nachstehenden Beschreibung die Leuchtdichte der Formoberfläche durch Analysieren der beschafften Bilddaten, und schätzt die Formdichte des additiven Produkts W auf der Grundlage der Leuchtdichte der Formoberfläche ab.
• Die Defektbestimmungseinheit 125 bestimmt, ob in dem additiven Produkt W ein interner Defekt H vorhanden ist, der eine Leerstelle ist, die die mechanische Festigkeit beeinträchtigt, die dessen Qualität anzeigt. Die Defektbestimmungseinheit 125 bestimmt durch Verwenden der durch die Formdichteabschätzeinheit 124 abgeschätzten Formdichte, ob ein die mechanische Festigkeit des additiven Produkts W beeinträchtigender interner Defekt H vorhanden ist. Ferner gibt die Defektbestimmungseinheit 125 ein Bestimmungsergebnis an die Steuervorrichtung 60 aus.
• (5. Korrelation zwischen einer mechanischen Festigkeit und einer Formdichte eines additiven Produkts W)
• Nachstehend wird eine Korrelation zwischen der mechanischen Festigkeit wie etwa einer Zugfestigkeit des additiven Produkts W und der Formdichte (oder einem spezifischen Gewicht) des additiven Produkts P geschaffen, bei dem das Metallpulver P aufgeschmolzen und verfestigt wurde. Das heißt, gemäß 5 ist eine Beziehung derart geschaffen, dass die mechanische Festigkeit sich mit ansteigender Formdichte (mit ansteigender Dichte) vergrößert, und die mechanische Festigkeit mit abnehmender Formdichte (mit abnehmender Dichte) abnimmt.
• Bei einer additiven Herstellung wird ein Teil des Metallpulvers P durch Bestrahlen des Metallpulvers P mit dem Lichtstrahl 40a aufgeschmolzen, um das additive Produkt W zu formen. In diesem Fall wird, wie in 6 schematisch gezeigt ist, das aufgeschmolzene Metallpulver P aufgrund einer Strahlintensität des ausgesandten Lichtstrahls 40a oder eines Einfallswinkels des Lichtstrahls 40a hinsichtlich der Schichtoberfläche des wiederbeschichteten Metallpulver P gestreut, und im Ergebnis kann eine Leerstelle, d.h. der sogenannte interne Defekt H, innerhalb des additiven Produkts W auftreten. Falls der interne Defekt H auftritt, wird die Formdichte des additiven Produkts P verringert. Hinsichtlich der Beziehung zwischen der mechanischen Festigkeit und der Formdichte, ist es daher wichtig, das Vorhandensein oder die Abwesenheit des internen Defekts H bei der Herstellung (Formung) des additiven Produkts W zu bestimmen.
• (6. Definition von Begriffen hinsichtlich einer Leuchtdichte und einer Standardabweichung)
• Nachstehend sind Definitionen der in der nachfolgenden Beschreibung verwendeten Begriffe beschrieben. Gemäß 7 ist „eine Einheitsflächenleuchtdichte au“ ein Wert, der einer Leuchtdichte pro Einheitsfläche der Formoberfläche entspricht. Gemäß 7 ist eine „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa“ ein Wert, der durch Mittelung der „Einheitsflächenleuchtdichte au“ in einer additiv hergestellten additiven Schicht (Einzelschicht) erlangt ist. Beispielsweise ist in 7 ein durchschnittlicher Wert von fünfundzwanzig „Einheitsflächenleuchtdichten au“ die „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa“.
• In mehreren Schichten einer Einzelschicht L1, einer Einzelschicht L2, einer Einzelschicht L3, ..., von denen jede eine additiv hergestellte additive Schicht ist, ist gemäß 8 eine „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“ ein Wert, der durch Mittelung einer „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa1“, einer „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa2“, einer „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa3“, ..., das heißt, durch Dividieren der Summe dieser Werte durch die Anzahl von Schichten erlangt ist. Beispielweise ist in 8 die „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“ ein Wert, der durch Mittelung von dreien der „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa1“, der „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa2“ und der „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa3“, das heißt durch Dividieren der Summe dieser Werte durch „3“ erlangt ist, die die Anzahl von Schichten ist. Ferner ist gemäß 8 eine „Gesamtschichtendurchschnittsleuchtdichte at“ ein Wert, der durch Mittelung der „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa“ über n Schichten erlangt ist, die alle additiv hergestellten Schichten sind, das heißt durch Dividieren der Summe dieser Werte durch die Anzahl „n“ erlangt ist, die die Anzahl der Schichten ist.
• Ferner ist eine „Einzelschichtstandardabweichung bu“ ein Wert, der eine Abweichung der „Einheitsflächenleuchtdichte au“ der „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa“, beispielsweise eine Abweichung bei den fünfundzwanzig „Einheitsflächenleuchtdichten au“ gemäß 7 anzeigt. Ferner ist eine „Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung ba“ ein Mittelwert (bzw. Durchschnittswert) der „Einzelschichtstandardabweichung bu“ der additiv hergestellten mehreren Schichten. Beispielsweise ist gemäß 8 ein Durchschnittswert, der durch Mittelung der „Einzelschichtstandardabweichung bu“ der Einzelschichten L1, L2 und L3, das heißt durch Dividieren der Summe dieser Werte durch „3“ erlangt ist, die die Anzahl von Schichten ist, die „Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung ba“. Ferner ist eine „Gesamtschichtendurchschnittsstandardabweichung bt“ ein Durchschnittswert, der durch Mittelung der „Einzelschichtstandardabweichung bu“ für alle additiv hergestellten Schichten erlangt ist. Beispielsweise ist gemäß 8 die „Gesamtschichtendurchschnittsstandardabweichung bt“ ein Durchschnittswert, der durch Mittelung der „Einzelschichtstandardabweichung bu“ von n Schichten erlangt ist, wobei „n“ die Anzahl von Schichten ist.
• In der nachstehenden Beschreibung enthalten die „Durchschnittsleuchtdichteinformationen A“ die „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa“, die „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“ und die „Gesamtschichtendurchschnittsleuchtdichte at“. Ferner enthalten die „Standardabweichungsinformationen B“ die „Einzelschichtstandardabweichung bu“, die „Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung ba“ und die „Gesamtschichtendurchschnittsstandardabweichung bt“.
• (7. Beziehung zwischen einer Formdichte und einer Leuchtdichte einer Formoberfläche)
• Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird in dem Fall einer Herstellung (Formung) des additiven Produkts W durch Aufschmelzen des Metallpulvers P durch Bestrahlung mit dem Lichtstrahl 40a die Formdichte aufgrund eines Vorhandenseins des internen Defekts H vergrößert oder verringert. In dem Fall, dass der interne Defekt H in dem additiven Produkt W vorhanden ist, ist es im Einzelnen empirisch bekannt, dass eine Änderung in der Leuchtdichte der Formoberfläche (der mit dem Lichtstrahl 40a bestrahlten Oberfläche) des additiven Produkts W auftritt. Hierbei haben die Erfinder der Erfindung eine Korrelation zwischen der Leuchtdichte der Formoberfläche und der Formdichte durch Durchführung verschiedener Experimente herausgefunden. Nachstehend ist die Korrelation beschrieben.
• Zu dem Zeitpunkt einer Untersuchung der Korrelation werden eine Vielzahl von rechteckigen Parallelepipeden als Auswertungsproben durch eine Bestrahlung des Metallpulvers P mit dem Lichtstrahl 40a vorbereitet, von denen jedes eine quadratische obere Oberfläche und untere Oberfläche aufweist und gemäß 8 aus n Schichten zusammengesetzt ist. In diesem Fall werden beispielsweise Bestrahlungsbedingungen des Lichtstrahls 40a und dergleichen derart geändert, dass die Auswertungsproben derart vorbereitet werden, dass sie verschiedene Formdichten aufweisen.
• Hinsichtlich der vorbereiteten Auswertungsprobe nimmt gemäß 9 mit zunehmender Formdichte die Leuchtdichte der Formoberfläche ab. Zu der Zeit einer Vorbereitung der Auswertungsproben wird jede Formoberfläche nach einer Bestrahlung mit dem Lichtstrahl 40a abgebildet, und ein abgebildetes Bild repräsentierende Bilddaten werden beschafft. Ferner ist eine quadratische Formoberfläche der Auswertungsprobe in den beschafften Bilddaten in Einheitsflächen gemäß 7 unterteilt, um die „Einheitsflächenleuchtdichte au“ zu messen.
• Ferner sind die „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa“, die „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“ und die „Gesamtschichtendurchschnittsleuchtdichte at“ unter Verwendung der „Einheitsflächenleuchtdichte au“ berechnet. Ferner sind die „Einzelschichtstandardabweichung bu“, die „Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung ba“ und die „Gesamtschichtendurchschnittsstandardabweichung bt“ berechnet. Dementsprechend kann die Formdichte als eine Mehrfachregressionsgleichung (Modell) unter Verwendung von „Durchschnittsleuchtdichteinformationen“ und „Standardabweichungsinformationen“ ausgedrückt werden.
• Im Einzelnen ist nachstehend der Fall beschrieben, dass das Metallpulver P Aluminium ist. Hinsichtlich einer gemäß der vorstehenden Beschreibung vorbereiteten Auswertungsprobe unter Verwendung des Metallpulvers P aus Aluminium ist ein Ergebnis einer Messung und Auftragung der „Einheitsflächenleuchtdichte au“ der Formoberfläche in 10 gezeigt. In 10 ist eine horizontale Achse die Formdichte, eine erste vertikale Achse ist beispielsweise die „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“, die durch einen schwarzen Punkt angezeigt ist, und die zweite vertikale Achse ist beispielsweise die „Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung ba“, die durch einen weißen Punkt angezeigt ist.
• Gemäß 10 ist in dem Fall, dass das Metallpulver P Aluminium ist, ein Mehrfachkorrelationskoeffizient für i) die Formdichte und die „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“, die die Leuchtdichte ist, und ii) die Formdichte und die „Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung ba“, die die Standardabweichung ist, hoch. Daher kann in dem Fall, dass das Metallpulver P Aluminium ist, die Formdichte p auf der Grundlage einer Mehrfachregressionsgleichung (Modellformel) unter Verwendung der „Durchschnittshelligkeitsinformationen A“ und der „Standardabweichungsinformationen B“ gemäß der nachstehenden Formel (1) abgeschätzt werden. $$\mathrm{\rho ={\rm K}1-}\text{K2}\times \text{A+K3}\times \text{B+K4}\times {\text{C}}^{\text{2}}+\text{G}$$

  
• In der Formel (1) ist K1 ein vorbestimmter Wert, der experimentell bestimmt ist, und G ist ein experimentell bestimmter Fehler. In Formel (1) repräsentieren K2, K3 und K4 jeweils vorbestimmte Koeffizienten, die experimentell bestimmt sind. In Formel (1) kann A ein Wert von entweder der „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa“, der „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“ oder der „Gesamtschichtendurchschnittsleuchtdichte at“, beispielsweise der „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“, zugewiesen werden. Ferner kann in Formel (1) B ein Wert entweder der „Einzelschichtstandardabweichung bu“, der „Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung ba“ oder der „Gesamtschichtendurchschnittsstandardabweichung bt“, beispielsweise der „Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung ba“, zugeordnet werden. Es ist zu beachten, dass in Formel (1) C ein Wert für eine Standardisierung der Leuchtdichte ist, und beispielsweise ein Wert ist, der durch Subtrahieren der „Gesamtschichtendurchschnittsleuchtdichte at“ von der „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“ erlangt ist.
• Nachstehend ist der Fall beschrieben, dass das Metallpulver P SKD61 ist. In dem Fall von SKD61 ist im Vergleich zu dem Fall von Aluminium eine Größe der Energiedichte zu der Zeit eines Formens durch den Lichtstrahl 40a betroffen. Das heißt, in dem Fall eines Schmelzens von SKD61 ist gemäß 11 bei geringer Energiedichte eine relative Dichte nach einem Aufschmelzen verringert, und mit steigender Energiedichte erhöht sich die relative Dichte nach einem Aufschmelzen und stabilisiert sich. In dem Fall von SKD61 ist daher die Energiedichte des Lichtstrahls 40a derart eingestellt, dass sie zur Erlangung einer Korrelation größer oder gleich einem bestimmten Pegel ist.
• Hinsichtlich einer gemäß der vorstehenden Beschreibung vorbereiteten Auswertungsprobe unter Verwendung des Metallpulvers P aus SKD61 ist ein Ergebnis einer Messung und einer Auftragung der „Einheitsflächenleuchtdichte au“ der Formoberfläche in 12 dargestellt. In 12 ist eine horizontale Achse die Formdichte, eine erste vertikale Achse ist beispielsweise die durch einen schwarzen Punkt angezeigte „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“ und die zweite vertikale Achse ist beispielsweise die durch einen weißen Punkt angezeigte „Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung ba“.
• Gemäß 12 ist in dem Fall, dass das Metallpulver P SKD61 ist, unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Energiedichte ein Mehrfachkorrelationskoeffizient für i) die Formdichte und die „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“ und ii) die Formdichte und die „Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung ba“ erhöht. In dem Fall, dass das Metallpulver P SKD61 ist, kann daher die Formdichte p auf der Grundlage einer Mehrfachregressionsgleichung (Modellformel) unter Verwendung der „Durchschnittshelligkeitsinformationen A“ und der „Standardabweichungsinformationen B“ gemäß der nachstehenden Formel (2) abgeschätzt werden. $$\mathrm{\rho ={\rm K}1-}\text{K2}\times \text{A+K3}\times \text{B+K4}\times {\text{D}}^{\text{2}}+\text{G}$$

  
• In Formel (2) ist K1 ein experimentell bestimmter vorbestimmter Wert, und G ist ein experimentell bestimmter Fehler. In Formel (2) repräsentieren K2, K3 und K4 jeweils vorbestimmte Koeffizienten, die experimentell bestimmt sind. In Formel (2) kann A ein Wert von entweder der „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa“, der „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“ oder der „Gesamtschichtendurchschnittsleuchtdichte at“, beispielsweise der „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“, zugeordnet werden. Ferner kann in Formel (2) B ein Wert von entweder der „Einzelschichtstandardabweichung bu“, der „Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung ba“ oder der „Gesamtschichtendurchschnittsstandardabweichung bt“, beispielsweise der „Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung ba“, zugeordnet werden. In Formel (2) ist D ein Wert für eine Standardisierung der Standardabweichung und ist beispielsweise ein Wert, der durch Subtrahieren der „Gesamtschichtendurchschnittsstandardabweichung bt“ von der „Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung ba“ erlangt ist.
• Es ist zu beachten, dass die Mehrfachregressionsgleichung (Modellformel) zur Abschätzung der Formdichte p nicht auf die Formeln (1) und (2) begrenzt ist, und beispielsweise sowohl den Wert C für eine Standardisierung der Leuchtdichte als auch den Wert D für eine Standardisierung der Standardabweichung aufweisen kann. Ferner können ohne eine Begrenzung auf „A“, „B“, „C“ und „D“ gemäß den Formeln (1) und (2) andere Werte wie etwa Werte hinsichtlich der Energiedichte zu der Mehrfachregressionsgleichung (Modellformel) hinzugefügt werden.
• Im Allgemeinen beleuchtet in der in der additiven Herstellungsvorrichtung 1 bereitgestellten Abbildungsvorrichtung 110 die Beleuchtungseinheit 111 das Innere der Kammer 10 in einer vorbestimmten Richtung, beispielsweise aus einer Richtung. In diesem Fall kann abhängig von einer Abtastrichtung des Lichtstrahls 40a hinsichtlich einer Beleuchtungsrichtung, in der die Beleuchtungseinheit 111 eine Beleuchtung durchführt, ein Unterschied in der „Einheitsflächenleuchtdichte au“ auftreten, falls die durch die Beleuchtungseinheit 111 beleuchtete Formoberfläche abgebildet wird. Falls beispielsweise die Abtastrichtung des Lichtstrahls 40a parallel zu der Beleuchtungsrichtung der Beleuchtungseinheit 111 ist und falls die Abtastrichtung des Lichtstrahls 40a senkrecht zu der Beleuchtungsrichtung ist, tritt insbesondere ein Unterschied in der „Einheitsflächenleuchtdichte au“ auf, da ein Reflexionszustand von Licht aufgrund einer Unebenheit der Formoberfläche unterschiedlich ist.
• Solch ein Unterschied in der „Einheitsflächenleuchtdichte au“ kann abhängig von der Abtastrichtung des Lichtstrahls 40a (eine Ausdehnungsrichtung des Formabschnitts) experimentell vorab für jede einer Vielzahl von Richtungen gemessen werden, die durch Unterteilen (beispielsweise durch Unterteilen alle 30 Grad) zwischen einer Richtung parallel zu der Beleuchtungsrichtung der Beleuchtungseinheit 111 der Abbildungsvorrichtung 110 und einer Richtung erlangt werden, die senkrecht zu der Beleuchtungsrichtung der Beleuchtungseinheit 111 der Abbildungsvorrichtung 110 ist. Ferner kann eine Korrelation zwischen einer Betriebsrichtung und der „Einheitsflächenleuchtdichte au“ auf der Grundlage eines Messergebnisses beschafft werden.
• In dem Fall einer Messung der „Einheitsflächenleuchtdichte au“ wird daher eine Bildverarbeitung durchgeführt, bei der die „Einheitsflächenleuchtdichte au“ in dem durch die Bilddaten repräsentierten Bild der Formoberfläche und der Schichtoberfläche in Übereinstimmung mit der Abtastrichtung des Lichtstrahls 40a korrigiert (ergänzt) wird. In dem Fall einer Berechnung der „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa“, der „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“ und der „Gesamtschichtendurchschnittsleuchtdichte at“ ist es dementsprechend möglich, die „Einheitsflächenleuchtdichte au“ durch eine Korrektur (Ergänzung) der „Einheitsflächenleuchtdichte au“ unabhängig von der Abtastrichtung vorab genauer zu messen.
• Die Abtastrichtung des Lichtstrahls 40a kann beispielsweise für jede der benachbarten additiven Schichten in dem additiven Produkt W geändert werden, um ein Auftreten eines Problems zu verhindern, dass durch eine Anisotropie in dem additiven Produkt W hervorgerufen wird. In diesem Fall kann gemäß der vorstehenden Beschreibung ein Unterschied in einer Korrelation mit einer Beleuchtungsrichtung der Beleuchtungseinheit 111 aufgrund einer Änderung der Abtastrichtung auftreten, und infolgedessen kann die „Einheitsflächenleuchtdichte au“ beeinträchtigt sein.
• Um daher die vorstehenden Formeln (1) und (2) zu erlangen, die eine hohe Vorhersagegenauigkeit aufweisen, ist eine Berücksichtigung der Korrelation zwischen der Beleuchtungsrichtung der Beleuchtungseinheit 111 und der Abtastrichtung notwendig. Hinsichtlich der additiven Schichten mit derselben oder einer ähnlichen Abtastrichtung des Lichtstrahls 40a unter der Vielzahl von zusätzlichen Schichten, kann in diesem Fall die Beeinträchtigung aufgrund der Änderung in der Abtastrichtung durch Mittelung und unter Verwendung der „Einheitsflächenleuchtdichte au“ verringert werden. Infolgedessen können die vorstehenden Formeln (1) und (2) mit einer hohen Vorhersagegenauigkeit erlangt werden.
• Um die „Einheitsflächenleuchtdichte au“ genauer zu messen, wird ferner in der Bildverarbeitung die Leuchtdichte des anderen Randgebiets als der Formoberfläche unter der Schichtoberfläche auf eine Bezugsleuchtdichte korrigiert. Dementsprechend kann die Bezugsleuchtdichte des anderen Randgebiets als der Formoberfläche als ein Bezug für die Messung verwendet werden, und somit ist die Formoberfläche klar, und die „Einheitsflächenleuchtdichte au“ kann genauer gemessen werden. Daher ist es möglich, die Formdichte p durch Eingeben einer der „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa“, der „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“ und der „Gesamtschichtendurchschnittsleuchtdichte at“, oder durch Eingeben einer der „Einzelschichtstandardabweichung bu“, der „Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung ba“ und der „Gesamtschichtendurchschnittsstandardabweichung bt“ hinsichtlich der Mehrfachregressionsgleichung (Modellformel) gemäß der vorstehenden Beschreibung genau abgeschätzt werden.
• Es ist ebenso möglich, die Mehrfachregressionsgleichungen (Modellformeln) der Formeln (1) und (2) zu erlangen, indem die Tatsache berücksichtigt wird, dass ein Unterschied in der „Einheitsflächenleuchtdichte au“ entsprechend der Abtastrichtung und der Beleuchtungsrichtung der Beleuchtungseinheit 111 auftreten kann. Das heißt, eine Vielzahl von Mehrfachregressionsgleichungen (Modellformeln) werden vorab entsprechend der Abtastrichtung des Lichtstrahls 40a hinsichtlich der Beleuchtungsrichtung der Beleuchtungseinheit 111 erlangt.
• Insbesondere kann die Mehrfachregressionsgleichung (Modellformel) für jede der Vielzahl von Richtungen erlangt werden, die durch Unterteilen (beispielsweise durch Unterteilen alle 30 Grad) zwischen der Richtung parallel zu der Beleuchtungsrichtung der Beleuchtungseinheit 111 der Abbildungsvorrichtung 110 sowie der Richtung senkrecht zu der Beleuchtungsrichtung der Beleuchtungseinheit 111 der Abbildungsvorrichtung 110 erlangt werden. Wahlweise wird die Beleuchtungsrichtung der Beleuchtungseinheit 111 der Abbildungsvorrichtung 110 oder eine Abbildungsrichtung der Abbildungseinheit 112 in Übereinstimmung mit einem Zustand einer Erlangung der Mehrfachregressionsgleichung (Modellformel) geeignet geändert. Ferner kann durch Verwenden der abgebildeten Bilddaten zur Messung der „Einheitsflächenleuchtdichte au“ die Formdichte p unter Verwendung der vorab erlangten Mehrfachregressionsgleichung (Modellformel) abgeschätzt werden.
• (8. Additives Herstellungsverfahren)
• Nachstehend ist ein additives Herstellungsverfahren unter Verwendung der additiven Herstellungsvorrichtung 1 unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm eines Defektbestimmungsprogramms gemäß 13 beschrieben. Die Steuervorrichtung 60 (Lichtstrahl-Bestrahlungssteuereinheit 64) startet die Bestrahlung des Lichtstrahls 40a durch Betreiben der Lichtstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 40 auf der Grundlage von Formdaten des additiven Produkts W, die in der Datenspeichereinheit 61 gespeichert sind. Das heißt, die Steuervorrichtung 60 (Lichtstrahl-Bestrahlungssteuereinheit 64) führt ein (nicht gezeigtes) vorbestimmtes Programm zum Durchführen eines Abtastens mit dem Lichtstrahl 40a auf der Grundlage der Formdaten durch, um das Metallpulver P auf eine Temperatur größer oder gleich dessen Schmelzpunkt zu heizen. Hierbei führt die Lichtstrahl-Bestrahlungssteuereinheit 64 ein Abtasten mit dem Lichtstrahl 40a in Übereinstimmung mit einer geeignet änderbaren Bestrahlungsbedingung wie etwa einer Strahlintensität, einer Abtastgeschwindigkeit, einem Abtastzeitabstand und einem Abtastmuster des Lichtstrahls 40a durch.
• Das Metallpulver P wird aufgeschmolzen, indem es mit dem Lichtstrahl 40a bestrahlt wird, und wird nachfolgend verfestigt. In dieser Weise wird ein mit dem Lichtstrahl 40a bestrahltes Teil durch eine starke Kraft (bzw. mit einer hohen Festigkeit) integriert, und das additive Produkt W wird hergestellt (geformt). Bei einer Herstellung (Formung) des additiven Produkts W führen die Steuervorrichtung 120 der Qualitätsabschätzvorrichtung 100 und die Steuervorrichtung 60 das Defektbestimmungsprogramm gemäß 13 in Zusammenarbeit aus, und bestimmen das Vorhandensein oder die Abwesenheit des internen Defekts H, um das additive Produkt W herzustellen (zu formen).
• Zunächst startet die Steuervorrichtung 60 (eine CPU, die einen Mikrocomputer ausbildet) eine Ausführung eines additiven Herstellungsprogramms in Schritt S10, und in einem nachfolgenden Schritt S11 bewirkt die Steuervorrichtung 60 (Hubtischbetriebssteuereinheit 62) den Hubtisch 22 dazu, sich um eine voreingestellte Absenkmenge (Hubtischabsenkvorgang) abzusenken. Dementsprechend wird die auf dem Hubtisch 22 angebrachte Basis 23 ebenso um die voreingestellte Absenkmenge abgesenkt. Falls der Hubtisch 22 und die Basis 23 abgesenkt werden, führt die Steuervorrichtung 60 (Hubtischbetriebssteuereinheit 62) den Vorgang zu Schritt S12 weiter.
• In Schritt S12 führt die Steuervorrichtung 60 (Pulverzufuhrsteuereinheit 63) das Metallpulver P zu der oberen Oberfläche der Basis 23 zu, und wiederbeschichtet das Metallpulver P (Pulverzufuhrvorgang). Im Einzelnen bewirkt die Pulverzufuhrsteuereinheit 63, dass der Zufuhrtisch 32 der Pulverzufuhrvorrichtung 30 angehoben wird, um eine gewünschte Menge des Metallpulvers P von der Öffnung des Pulverspeicherbehälters 31 aufzuhäufen. In der Pulverzufuhrvorrichtung 30 ist das Metallpulver P vorab in dem Pulverspeicherbehälter 31 gespeichert, wobei der Zufuhrtisch 32 an einer tieferen Seite positioniert ist.
• Ferner bewegt die Pulverzufuhrsteuereinheit 63 die Wiederbeschichtungseinrichtung 33 von einer Ursprungsposition, die eine Seite der Pulverzufuhrvorrichtung 30 ist, in Richtung einer Seite der Formgegenstands-Unterstützungsvorrichtung 20, die eine andere Endseite der Basis 23 ist. Dementsprechend führt die Wiederbeschichtungseinrichtung 33 ein Wiederbeschichten durch, während das Metallpulver P an die obere Oberfläche der Basis 23 zugeführt wird. Die Wiederbeschichtungseinrichtung 33 stoppt, wenn sie zu der anderen Endseite der Basis 23 vorgerückt ist. Falls ferner das Metallpulver P zugeführt und auf der oberen Oberfläche der Basis 23 wiederbeschichtet wird, führt die Steuervorrichtung 60 (die Pulverzufuhrsteuereinheit 63) den Vorgang zu Schritt S13 fort.
• In Schritt S13 betreibt die Steuervorrichtung 60 (Lichtstrahl-Bestrahlungssteuereinheit 64) die Lichtstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 40 auf der Grundlage der in der Datenspeichereinheit 61 gespeicherten Formdaten (Formvorgang). Im Einzelnen ändert die Lichtstrahl-Bestrahlungssteuereinheit 64 die Strahlintensität des Lichtstrahls 40a, der durch den Laseroszillator 41 erzeugt ist, oder ändert den Bestrahlungswinkel des Lichtstrahls 40a unter Verwendung des Galvano-Scanners 42c des Laserkopfs 42, und bestrahlt die Schichtoberfläche des in einer geschichteten Weise angeordneten Metallpulvers P mit dem Lichtstrahl 40a. Dementsprechend wird die Formoberfläche in dem additiven Produkt W in Übereinstimmung mit den Formdaten geformt. Falls ferner der Lichtstrahl 40a ausgesandt wird, führt die Steuervorrichtung 60 (Lichtstrahl-Bestrahlungssteuereinheit 64) den Vorgang zu Schritt S14 fort.
• In Schritt S14 empfängt die Steuervorrichtung 120, die dazu in der Lage ist, mit der Steuervorrichtung 60 zu kommunizieren, von der Steuervorrichtung 60 ein Signal in Bezug auf die Ausführung des Programms. Ferner betreibt die Steuervorrichtung 120 (Abbildungsvorrichtungs-Betriebssteuereinheit 121) die Abbildungsvorrichtung 110, um die Schichtoberfläche in der Basis 23 abzubilden, nachdem sie mit dem Lichtstrahl 40a bestrahlt wurde (Abbildungsvorgang). Insbesondere betreibt die Abbildungsvorrichtungs-Betriebssteuereinheit 121 die Beleuchtungseinheit 111 der Abbildungsvorrichtung 110 zur Beleuchtung der Schichtoberfläche, und in diesem Zustand bildet die Abbildungseinheit 112 das Gebiet einschließlich der Formoberfläche während einer Herstellung ab. Hierbei sendet die Beleuchtungseinheit 111 in einem Zustand, in dem sie an einer vorbestimmten Position innerhalb der Kammer 10 angebracht ist, beispielsweise ein weißes Licht in einer blitzenden Weise in einer vorbestimmten Richtung beispielsweise in einer Richtung aus, und die Abbildungseinheit 112 bildet das Gebiet einschließlich der Formoberfläche in dem Moment ab, in dem es durch die Beleuchtungseinheit 111 beleuchtet ist. Ferner gibt die Abbildungsvorrichtungs-Betriebssteuereinheit 121 das abgebildete Bild repräsentierende Bilddaten an die Leuchtdichtebeschaffungseinheit 122 aus, und die Steuervorrichtung 120 führt den Vorgang zu Schritt S15 fort.
• In Schritt S15 schätzt die Steuervorrichtung 120 (Leuchtdichtebeschaffungseinheit 122, Leuchtdichtekorrektureinheit 123 und Formdichteabschätzeinheit 124) die Formdichte p des additiven Produkts W auf der Grundlage der durch die Abbildungsvorrichtung 110 in Schritt S14 beschafften Bilddaten ab (Formdichteabschätzvorgang). Insbesondere führt die Leuchtdichtekorrektureinheit 123 die vorstehend beschriebene Bildverarbeitung auf dem durch die Bilddaten repräsentierten Bild der Formoberfläche und der Schichtoberfläche durch, die durch die Leuchtdichtebeschaffungseinheit 122 beschafft sind. Ferner berechnet die Formdichteabschätzeinheit 124 einen Wert einer der „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa“, der „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“ und der „Gesamtschichtendurchschnittsleuchtdichte at“ der mit dem Lichtstrahl 40a bestrahlten Formoberfläche. Ferner berechnet die Formdichteabschätzeinheit 124 einen der Werte der „Einzelschichtstandardabweichung bu“, der „Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung ba“ und der „Gesamtschichtendurchschnittsstandardabweichung bt“. Ferner berechnet die Formdichteabschätzeinheit 124 je nach Bedarf den Wert C und den Wert D, und schätzt die Formdichte p unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Mehrfachregressionsgleichung (Modellformel) ab.
• In Schritt S16 bestimmt die Steuervorrichtung 120 (Defektbestimmungseinheit 125) auf der Grundlage der in Schritt S15 abgeschätzten Formdichte ρ, ob ein interner Defekt H in dem additiven Produkt W vorhanden ist (Defektbestimmungsvorgang). Das heißt, falls die Formdichte ρ kleiner oder gleich einer vorbestimmten Bezugsformdichte ρ0 ist, wird durch die Defektbestimmungseinheit 125 „Ja“ bestimmt, da ein interner Defekt H in dem additiven Produkt W vorhanden ist, und der Vorgang schreitet zu Schritt S17 fort.
• Ferner bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass die Steuervorrichtung 60 der additiven Herstellungsvorrichtung 1 das additive Herstellen einer kontinuierlichen Herstellung des sich gegenwärtig in einer additiven Herstellung befindenden additiven Produkts W stoppt, das ein defektes Produkt ist, bei dem die Formdichte p kleiner oder gleich der Bezugsformdichte p0 ist. Dementsprechend ist es möglich, die Zeit für eine kontinuierliche Herstellung (Formen) des defekten Produkts zu eliminieren, und es ist möglich, sofort die Herstellung (Formung) eines neuen additiven Produkts (W) zu beginnen. Daher kann die Produktionseffizienz vergrößert werden.
• Es ist zu beachten, dass es für die Steuervorrichtung 60 möglich ist, ein defektes Produkt auszusortieren und zu entfernen, nachdem die additive Herstellung bis zu einer additiven Herstellung einer Abschlussschicht fortgesetzt wurde, ohne gestoppt zu werden. Das heißt, falls durch die Steuervorrichtung 120 (Defektbestimmungseinheit 125) in Schritt S16 „Ja“ bestimmt ist, wird ein Voranschreiten des defekten Produkts zu einem nächsten Schritt (beispielsweise, einem Prüfvorgang) aufgehoben. Dementsprechend ist es beispielsweise in dem Fall einer Herstellung einer großen Anzahl von additiven Produkten W mit derselben Form möglich, ein nicht defektes Produkt kontinuierlich herzustellen (zu formen), und somit wird eine Produktionseffizienz nicht verringert.
• Falls andererseits die abgeschätzte Formdichte p größer als die Bezugsformdichte p0 ist, wird durch die Defektbestimmungseinheit 125 „Nein“ bestimmt, da wenige interne Defekte H in dem additiven Produkt W enthalten sind oder kein interner Defekt H in dem additiven Produkt W vorhanden ist, und der Vorgang kehrt zu Schritt S11 zurück. In diesem Fall führt die Steuervorrichtung 60 der additiven Herstellungsvorrichtung 1 die Verarbeitung der auf Schritt S11 nachfolgenden Schritte durch, und führt eine additive Herstellung einer nächsten Schicht durch.
• Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann gemäß der vorstehend beschriebenen Qualitätsabschätzvorrichtung 100 des additiven Produkts W während einer Herstellung des additiven Produkts W die Leuchtdichtekorrektureinheit 123 die „Einheitsflächenleuchtdichte au“, die von der Formoberfläche reflektiert ist, in Übereinstimmung mit der Abtastrichtung des Lichtstrahls 40a korrigieren, und die Formdichteabschätzeinheit 124 kann die Formdichte p auf der Grundlage der „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“ abschätzen. Ferner kann die Defektbestimmungseinheit 125 das Vorhandensein oder die Abwesenheit des internen Defekts des additiven Produkts W auf der Grundlage der während der Herstellung abgeschätzten Formdichte p bestimmen. Daher kann der interne Defekt H des additiv hergestellten additiven Produkts W durch eine zerstörungsfreie Prüfung einfach erfasst werden.
• Eine Umsetzung der Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, und verschiedene Abwandlungen können vorgenommen werden, ohne von dem Gegenstand der Erfindung abzuweichen.
• Beispielsweise misst bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Formdichteabschätzeinheit 124 der Qualitätsabschätzvorrichtung 100 die „Einheitsflächenleuchtdichte au“ pro Einheitsfläche hinsichtlich der Formoberfläche des additiven Produkts W in dem durch die Abbildungsvorrichtung 110 abgebildeten Bild (Bilddaten), um einen Wert entweder der „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa“, der „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“ oder der „Gesamtschichtendurchschnittsleuchtdichte at“ zu berechnen. Wahlweise kann beispielsweise in dem Fall, dass eine Auflösung der Abbildungseinheit 112 der Abbildungsvorrichtung 110 groß ist, auf der Grundlage der „Einheitsflächenleuchtdichte au“ für jedes Bildelement (Pixel) des Bildes in Bezug auf die Formoberfläche des additiven Produkts W ein Wert von entweder der „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa“, der „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“ oder der „Gesamtschichtendurchschnittsleuchtdichte at“ berechnet werden.
• Dementsprechend kann die Anzahl von messbaren „Einheitsflächenleuchtdichten au“ vergrößert werden. Infolgedessen kann ein genauerer Wert der „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa“ und dergleichen berechnet werden, und die Formdichte p kann genauer abgeschätzt werden.
• Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel schätzt die Formdichteabschätzeinheit 124 die Formdichte p für jede der Vielzahl von additiven Schichten unter Verwendung der „Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte am“ ab. Wahlweise kann die Formdichteabschätzeinheit 124 die Formdichte p für jede Schicht unter Verwendung der „Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte aa“ abschätzen.
• Ferner kann in dem Fall, dass die Formdichte p kleiner als die oder gleich zu der Bezugsformdichte p0 ist und der interne Defekt H in dem additiven Produkt W vorhanden ist, bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Steuervorrichtung 120 bewirken, dass die Steuervorrichtung 60 der additiven Herstellungsvorrichtung 1 die Herstellung (das Formen) stoppt. Wahlweise kann in dem Fall, dass der interne Defekt H in dem additiven Produkt W vorhanden ist, die Steuervorrichtung 120 mit der Steuervorrichtung 60 zusammenarbeiten, um eine Position des internen Defekts H zu identifizieren, und einen vorliegenden internen Defekt H korrigieren.
• In diesem Fall wandelt in der Steuervorrichtung 120 beispielsweise die Defektbestimmungseinheit 125 die vorliegende Position des internen Defekts H in Koordinaten auf der Schichtoberfläche, d.h. in der horizontalen Richtung um, um die vorliegende Position des internen Defekts H zu identifizieren, und gibt Koordinatendaten an die Steuervorrichtung 60 (Lichtstrahl-Bestrahlungssteuereinheit 64) aus, die die Koordinaten anzeigen. Die Lichtstrahl-Bestrahlungssteuereinheit 64 betreibt die Lichtstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 40, um den internen Defekt H zu entfernen, und bestrahlt den internen Defekt H noch einmal mit dem Lichtstrahl 40a.
• Im Einzelnen stellt die Lichtstrahl-Bestrahlungssteuereinheit 64 auf der Grundlage der Koordinatendaten, die die Position des internen Defekts H anzeigen, den Bestrahlungswinkel und dergleichen des Lichtstrahls 40a unter Verwendung des Galvano-Scanners 42c der Lichtstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 40 ein. Gemäß 14 richtet die Lichtstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 40 ferner den Lichtstrahl 40a in Richtung einer Umgebung des Rands des internen Defekts H. Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird durch Bestrahlen des Rands des internen Defekts H mit dem Lichtstrahl 40a gemäß 15 das Metallpulver P aufgeschmolzen, das in der Umgebung des internen Defekts H vorliegt, um den internen Defekt H zu füllen und nachfolgend sich zu verfestigen.
• Dementsprechend wird der interne Defekt H, der in dem additiven Produkt W erzeugt ist, durch den wieder ausgesandten Lichtstrahl 40a entfernt, und der interne Defekt H wird korrigiert. Daher kann in diesem Fall der interne Defekt H zu jeder Zeit zur Herstellung des additiven Produkts W korrigiert werden. Dementsprechend ist es möglich, das additive Produkt W herzustellen, bei dem eine gewünschte mechanische Festigkeit erlangt wird, ohne den internen Defekt H aufzuweisen, und es ist möglich, zu verhindern, dass die Produktion noch einmal durchgeführt werden muss. Daher kann die Zeit, die für eine Herstellung benötigt ist, stark verringert werden.
• Ferner betreibt bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Abbildungsvorrichtungs-Betriebssteuereinheit 121 der Qualitätsabschätzvorrichtung 100 die Abbildungsvorrichtung 110, um eine Schichtoberfläche abzubilden, nachdem diese mit dem Lichtstrahl 40a bestrahlt ist, und bevor das Metallpulver P wieder beschichtet wird. Wahlweise kann die Abbildungsvorrichtungs-Betriebssteuereinheit 121 die Abbildungsvorrichtung 110 betreiben, um eine Schichtoberfläche abzubilden, nachdem diese mit dem Lichtstrahl 40a bestrahlt ist, und nachdem das Metallpulver P wieder beschichtet ist.
• Eine Qualitätsabschätzvorrichtung für ein additives Produkt umfasst eine Abbildungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Gebiet einschließlich einer Formoberfläche während einer Herstellung des additiven Produkts zu beleuchten und das Gebiet abzubilden, wenn das additive Produkt an einer Formposition durch Bestrahlung mit einem Lichtstrahl und Aufschmelzen und Verfestigen eines Materialpulvers hergestellt wird, eine Leuchtdichtebeschaffungseinheit, die eine Leuchtdichte beschafft, die durch Quantifizieren einer Helligkeit eines durch zumindest die Formoberfläche des Gebiets reflektierten Lichts in einem Bild beschafft ist, in dem die Abbildungsvorrichtung das Gebiet abbildet, und eine Formdichteabschätzeinheit, die eine Formdichte abschätzt, die eine Dichte des Materialpulvers in einem verfestigten Zustand nach einem Aufschmelzen auf der Grundlage der durch die Leuchtdichtebeschaffungseinheit beschafften Leuchtdichte der Formoberfläche abschätzt. Das Materialpulver wird an die Formposition zugeführt.
• Bezugszeichenliste

1

Additive Herstellungsvorrichtung

10

Kammer

20

Formgegenstands-Unterstützungsvorrichtung

21

Formbehälter

22

Hubtisch

23

Basis

30

Pulverzufuhrvorrichtung

31

Pulverspeicherbehälter

32

Zufuhrtisch

33

Wiederbeschichtungseinrichtung

40

Lichtstrahl-Bestrahlungsvorrichtung

40a

Lichtstrahl

41

Laseroszillator

42

Laserkopf

42a

Kollimatorlinse

42b

Spiegel

42c

Galvano-Scanner

42d

Linse

43

Optische Faser

50

Heizvorrichtung

60

Steuervorrichtung

61

Datenspeichereinheit

62

Hubtischbetriebssteuereinheit

63

Pulverzufuhrsteuereinheit

64

Lichtstrahl-Bestrahlungssteuereinheit

65

Heizersteuereinheit

100

Qualitätsabschätzvorrichtung

110

Abbildungsvorrichtung

111

Beleuchtungseinheit

112

Abbildungseinheit

120

Steuereinheit

121

Abbildungsvorrichtungs-Betriebssteuereinheit

122

Leuchtdichtebeschaffungseinheit

123

Leuchtdichtekorrektureinheit

124

Formdichteabschätzeinheit

125

Defektbestimmungseinheit

H

Interner Defekt

P

Metallpulver

W

Additives Produkt

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 6374934 [0003]

Claims (15)

1. Qualitätsabschätzvorrichtung für ein additives Produkt, mit: einer Abbildungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Gebiet einschließlich einer Formoberfläche während einer Herstellung des additiven Produkts zu beleuchten und das Gebiet abzubilden, wenn das additive Produkt an einer Formposition durch Bestrahlung mit einem Lichtstrahl und Aufschmelzen und Verfestigen eines Materialpulvers hergestellt wird; einer Leuchtdichtebeschaffungseinheit, die eine Leuchtdichte beschafft, die durch Quantifizieren einer Helligkeit eines durch zumindest die Formoberfläche des Gebiets reflektierten Lichts in einem Bild beschafft ist, in dem die Abbildungsvorrichtung das Gebiet abbildet; und einer Formdichteabschätzeinheit, die eine Formdichte abschätzt, die eine Dichte des Materialpulvers in einem verfestigten Zustand nach einem Aufschmelzen auf der Grundlage der durch die Leuchtdichtebeschaffungseinheit beschafften Leuchtdichte der Formoberfläche anzeigt, wobei das Materialpulver an die Formposition zugeführt ist.
2. Qualitätsabschätzvorrichtung für das additive Produkt nach Anspruch 1, ferner mit: einer Leuchtdichtekorrektureinheit, die die durch die Leuchtdichtebeschaffungseinheit beschaffte Leuchtdichte der Formoberfläche korrigiert, wobei die Formdichteabschätzeinheit die Formdichte auf der Grundlage der durch die Leuchtdichtekorrektureinheit korrigierten Leuchtdichte der Formoberfläche abschätzt.
3. Qualitätsabschätzvorrichtung für das additive Produkt nach Anspruch 2, wobei die Abbildungsvorrichtung umfasst: eine Beleuchtungseinheit, die dazu eingerichtet ist, das Gebiet aus einer vorbestimmten Richtung zu beleuchten, und einer Abbildungseinheit, die dazu eingerichtet ist, das durch die Beleuchtungseinheit beleuchtete Gebiet abzubilden, und wobei die Leuchtdichtekorrektureinheit die Leuchtdichte in Übereinstimmung mit einer Abtastrichtung des Lichtstrahls auf der Formoberfläche hinsichtlich der vorbestimmten Richtung korrigiert, in der die Beleuchtungseinheit die Fläche beleuchtet.
4. Qualitätsabschätzvorrichtung für das additive Produkt nach Anspruch 3, wobei die Abtastrichtung des Lichtstrahls für jede der benachbarten additiven Schichten in dem additiven Produkt geändert wird.
5. Qualitätsabschätzvorrichtung für das additive Produkt nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Leuchtdichtekorrektureinheit eine Randleuchtdichte eines anderen Randgebiets als der Formoberfläche in dem Gebiet auf eine voreingestellte Bezugsleuchtdichte korrigiert.
6. Qualitätsabschätzvorrichtung für das additive Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Leuchtdichte auf der Formoberfläche eine Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte ist, die ein Durchschnitt über eine Einheitsflächenleuchtdichte pro Einheitsfläche in dem Bild ist.
7. Qualitätsabschätzvorrichtung für das additive Produkt nach Anspruch 6, wobei die Leuchtdichte auf der Formoberfläche eine Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte ist, die durch Mittelung der Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichten der Formoberflächen einer Vielzahl von additiven Schichten des additiven Produkts erlangt ist.
8. Qualitätsabschätzvorrichtung für das additive Produkt nach Anspruch 6, wobei die Formdichteabschätzeinheit die Formdichte auf der Grundlage einer Korrelation abschätzt, die durch eine Mehrfachregressionsgleichung repräsentiert ist, und wobei die Mehrfachregressionsgleichung die Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte und eine Einzelschichtstandardabweichung umfasst, die eine Abweichung der Einheitsflächenleuchtdichte in der Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte anzeigt.
9. Qualitätsabschätzvorrichtung für das additive Produkt nach Anspruch 7, wobei die Formdichteabschätzeinheit die Formdichte auf der Grundlage einer Korrelation abschätzt, die durch eine Mehrfachregressionsgleichung repräsentiert ist, und wobei die Mehrfachregressionsgleichung die Mehrschichtdurchschnittsleuchtdichte und eine Mehrschichtdurchschnittsstandardabweichung umfasst, die durch Mittelung einer Vielzahl der Einzelschichtstandardabweichungen erlangt ist, die eine Abweichung der Einheitsflächenleuchtdichte in der Einzelschichtdurchschnittsleuchtdichte anzeigt.
10. Qualitätsabschätzvorrichtung für das additive Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Abbildungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, das Gebiet abzubilden, nachdem die Formoberfläche geformt ist, und bevor das Materialpulver neu an die Formposition zugeführt ist.
11. Qualitätsabschätzvorrichtung für das additive Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner mit: einer Defektbestimmungseinheit, die ein Vorhandensein oder eine Abwesenheit eines internen Defekts, der eine Festigkeit des additiven Produkts im Vergleich zu der eines nicht-defekten Produktes verringert, auf der Grundlage der durch die Formdichteabschätzeinheit abgeschätzten Formdichte bestimmt.
12. Qualitätsabschätzvorrichtung für das additive Produkt nach Anspruch 11, wobei die Defektbestimmungseinheit bestimmt, dass der interne Defekt innerhalb des additiven Produkts vorhanden ist, falls die durch die Formdichteabschätzeinheit abgeschätzte Formdichte kleiner oder gleich einer voreingestellten Bezugsformdichte ist.
13. Qualitätsabschätzvorrichtung für das additive Produkt nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine Herstellung des additiven Produkts gestoppt wird, falls die Defektbestimmungseinheit bestimmt, dass der interne Defekt innerhalb des additiven Produkts vorhanden ist.
14. Qualitätsabschätzvorrichtung für das additive Produkt nach Anspruch 11 oder 12, wobei das additive Produkt, bei dem die Defektbestimmungseinheit das Vorhandensein des internen Defektes bestimmt, als ein defektes Produkt einsortiert wird.
15. Qualitätsabschätzvorrichtung für das additive Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Materialpulver Aluminium oder SKD61 ist.

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